열화학적 수소 생산 기술
현재 전 세계 수소 생산량의 절반정도가 스팀-메탄 개질(steam-methane reforming)을 통해 생산되고 있습니다, 해당 기술은 열역학적 효율이 높으면서도 수소 대량생산에 적합하여 규모의 경제(economics of scale)를 실현할 수 있는 기술입니다. 하지만 치명적인 한계점은 1kg 의 수소를 생산하기 위해 5-7kg 가량의 이산화탄소를 부산물로 배출한다는 점 입니다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 수전해를 비롯해서 다양한 수소 생산 기술이 개발되고 있습니다. 그 중에서도 열화학적 수소 생산 기술(thermochemical hydrogen production)은 종래 다른 기술의 이론적 효율을 상회하면서도 열화학반응의 체적 반응 특성(bulk reaction characteristic)으로 인해 규모의 경제 측면에서도 큰 강점을 갖고 있습니다. 예를 들어 수전해를 통한 수소 생산은 넓은 면적의 셀(cell)을 스택(stack)을 쌓아야하는 반면, 열화학 반응은 기존 화학 공정 반응기에 촉매를 넣고 열을 가해주면 수소를 생산할 수 있습니다.
따라서, 열화학적 수소 생산 기술은 경제성과 반응의 용이성을 고려했을 때, 스팀-메탄 개질 기술을 대체할 수 있는 차세대 대량 수소 생산 기술로 주목받고 있습니다. 2단계 열화학적 수소 생산 기술에서는 일반적으로 금속 산화물이 촉매로 사용됩니다. 촉매 물질은 우선 약 1300도씨의 온도에서 갖고 있는 산소를 잃어버리게 되며, 이 과정을 열 환원 반응(thermal reduction)이라고 합니다. 그 다음 단계 상대적으로 낮은 온도인 800도씨 부근에서, 산소를 잃은 촉매 물질은 열역학적으로 산소를 가져오려는 특성을 지니게 되어 물(H2O)의 산소 원자를 가져옴으로써 수소를 생산하며 이 과정을 열화학적 물분해 반응(thermochemical water splitting)이라고 합니다.
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